Combustibili ed inquinamento. La ricerca: obiettivi, metodologie ed

COMBUSTIBILI ED
INQUINAMENTO.
La ricerca:obiettivi,
metodologie ed
evidenze scientifiche
A. Fiumara
-
Combustibili gassosi:
gas naturali
gas manifatturati
GPL (gas di petrolio liquefatti)
- Combustibili
liquidi:
gasolio
olio combustibile
combustibili innovativi
(biodiesel, emulsioni,
miscele varie)
Gas naturali: costituente principale è il metano
CH4 (p.c.s. c.ca 9.000 kcal/Nm3)
GPL:
idrocarburi saturi a 3 o 4 atomi di carbonio
C H8 e C H
3
4 10
idrocarburi insaturi dalla formula CnH2n dove n≥2
(p.c.s. c.ca 20.000 kcal/Nm3 )
Alla temperatura di 15° C e pressione atmosferica
- i primi 4 termini della serie sono gassosi, hanno un
p. e. non lontano da 0°C e possono essere mantenuti allo
stato liquido a temperatura ambiente sotto pressioni
modeste;
- dal C5 al C14 sono liquidi
- sono commercializzati in bombole di capacità variabile
(10,20,25 kg) o in speciali serbatoi nei quali coesistono la
fase liquida e la fase gassosa.
I gas manifatturati sono oggi
quasi scomparsi a seguito
dell’avvento del gas naturale:
erano preparati a partire da
frazioni petrolifere di scarso
interesse per il mercato
automobilistico con processi
continui o ciclici di cui uno con
brevetto SSC di larga diffusione
soprattutto in Europa
Per verificare gli effetti della
combustione sull’inquinamento
atmosferico, è stato realizzato
con il patrocinio del Ministero
Ambiente uno studio dal titolo
“Sperimentazione Combustibili”
allo scopo di fornire informazioni
sicure sul comportamento dei
combustibili per uso civile per
quanto riguarda le emissioni
inquinanti, i costi e i rischi associati
al loro impiego.
L’ Assopetroli è stata, sostenendo un
notevole impegno economico, uno dei
partecipanti a tale ricerca iniziata nel
maggio 2002 e conclusa nel dicembre
2005 con il risultato di:
- avere determinato l’influenza dei
combustibili e dei sistemi di combustione
sulle emissioni inquinanti
- di avere considerato gli effetti dei
combustibili innovativi
- di aver effettuato, per quanto possibile,
l’analisi di parametri sensibili
(sicurezza,trasporto, stoccaggio, facilità di
impiego e costi, interni ed esterni)
Hanno partecipato allo studio:
- Regione Lombardia
- Regione Piemonte
- Comitato Termotecnico Italiano (CTI)
- Stazione Sperimentale per i Combustibili
(SSC)
- Consorzio Ingegneria per l’Ambiente e lo Sviluppo
Sostenibile (IPASS) Unità operativa dell’Università
di Perugia
- Unione Petrolifera
- Enea
- Assocostieri
- Assopetroli
La sperimentazione si è svolta in due
modi diversi:
• in laboratorio mettendo a punto presso la
SSC apparecchiature di combustione ad hoc,
rappresentative del mercato attuale
• in campo, scegliendo 23 impianti localizzati in
Lombardia, Piemonte, Liguria, Veneto, Emilia
Romagna.
I combustibili presi in considerazione
sono stati:
• gas naturale (che copre più del 65% delle
richieste energetiche del settore civile)
• gasolio (che copre il 15% della richiesta
energetica per uso civile)
• olio combustibile BTZ (il cui consumo si è ormai
ridotto all’1,1%)
• emulsione gasolio-acqua
• emulsione olio combustibile BTZ-acqua
• biodiesel
• miscela olio combustibile BTZ-biodiesel (che
coprono il rimanente a 100).
Classificazione degli impianti termici
in funzione della potenza nominale
Potenza nominale
dell’impianto termico
Classe
<75 kW
I
75 kW÷200 kW
II
>200 kW
III
INQUINANTI MISURATI
• Anidride carbonica CO2
• Monossido di carbonio CO
• Ossidi di azoto NOx
• Ossidi di zolfo SOx
• Composti Organici Volatili CH4 ,COVNM
• Particolato Solido Totale PST (PM10, PMx)
FATTORI DI EMISSIONE
Per
fattore
di
emissione
si
intende la
quantità di inquinante emesso, in grammi,
per kilogrammo di combustibile bruciato
ossia g/kg; esso può essere anche riferito
al
potere
calorifico
del
combustibile
e
quindi viene espresso in g/GJ o essere
espresso in altri modi ad es. in kg/TEP
(ton. di petrolio equivalente).
I fattori di emissione trovati in
laboratorio e in campo sono per tutti
gli inquinanti in accordo tra loro e
molto lontani da quelli consentiti dalle
normative vigenti; dal confronto tra le
emissioni del gas naturale e del
gasolio in impianti di classe I,II,III non
sono state rilevate differenze sensibili,
anzi in qualche caso le emissioni sono
a sfavore del gas naturale
Sono state eseguite misure inerenti ai
regimi transitori (accensione e
spegnimento) mai realizzate finora a
causa delle difficoltà sperimentali. Per
tutti i combustibili esaminati queste
fasi producono una quantità di
inquinanti maggiore di quella in
regime stazionario, sia pure per tempi
molto brevi: ne discende che minore
è la frequenza di alternanza, minore è
la quantità di inquinanti prodotta.
Valori Classe I
Regime stazionario
N. Combustibile Polveri
(g/GJ)
PM10
(g/GJ)
NOX
(g/GJ)
CO
(g/GJ)
CO2
(kg/GJ)
SO2
COT
O2
(g/GJ) (g/GJ) ( % vol.)
1a gas nat.
0,14*
0,14 97,46 31,13
60,18 n.d.
2,17 14,20
2a gas nat.
0,14
0,14 57,51 19,11
56,26 n.d.
0,70
7,80
3a gas nat.
0,14
0,14
57,92 n.d.
0,36
5,30
4a gasolio
0,29
0,14 36,83
4,86
70,22 45,3
0,40
4,10
5a biodiesel
0,14
0,14 30,29
9,50
67,31 1,36
1,63
4,10
8,68 28,58
* ) valore inferiore al limite rilevabilità dello strumento
**) valore non misurato
Valori Classe II
Regime stazionario
N. Combustibile
Polveri
(g/GJ)
PM10 NOX
(g/GJ) (g/GJ)
CO
(g/GJ)
CO2
SO2
(kg/GJ) (g/GJ)
COT
O2
(g/GJ) ( % vol.)
2a gasolio
0,14 * 0,14
51,34
1,60 73,02 41,29
0,11
3,10
3a gasolio emul.
0,18
0,20
46,95
1,02 74,08 15,30
0,29
3,00
4a biodiesel
0,19
0,14
41,72
0,83 71,55
1,38
0,14
3,20
5a ol. comb.
5,79
4,83
166,53
3,50 72,12 101,48
0,11
5,20
6a ol. comb.emul.
2,84
3,25
144,01 10,93 76,53 102,75
0.44
5,30
7a ol.comb/biod.
3,40
3,03
158,25
0,14
5.40
3,51 73,36 96,03
* ) valore inferiore al limite rilevabilità dello strumento
**) valore non misurato
Valori Classe III
Regime stazionario
N.
1a
2a
3a
4a
5a
6a
7a
Combustibile
Polveri
(g/GJ)
gas nat.
0,14
gasolio
0,14
gasolio emul. 0,83
biodiesel
0,14
ol. comb.
5,88
ol. comb.emul.1,62
ol.comb./biod. 2,67
PM10
(g/GJ)
NOX
(g/GJ)
CO
(g/GJ)
CO2
SO2
(kg/GJ) (g/GJ)
0,14 23,63 1,03 53,06 1,39
0,14 51,40 2,00 71,84 39,35
0,80 38,18 5,02 78,26 13,76
0,14 42,94 2,24 70,11 1,38
2,90 162,26 3,15 71,06 105,82
1,68 136,29 2,35 75,03 107,13
2,67 143,92 1,71 72,80 90,29
COT
O2
(g/GJ) ( % vol.)
0,20
0,26
0,12
0,11
0,17
0,17
0,25
* ) valore inferiore al limite rilevabilità dello strumento
**) valore non misurato
3,10
3,10
2,90
3,00
4,40
5,40
5,30
Emissioni di particolato misurate in campo
60
mg/Nm3
50
40
5
30
17
20
14
11
18
19
10
3
1
2
4
6
7
13
15
12
8
9
0
Gasolio Emuls.
Gasolio
Olio
Comb
Olio comb
Emuls
Biodiesel
Gas nat
Olio Comb
Biodiesel
Valori Classe I
Regime transitorio
Combustibile
1 ciclo/h
2 cicli/h
6 cicli/h
10 cicli/h
CO
g/GJ
COT
g/GJ
CO
g/GJ
CO
g/GJ
COT
g/GJ
CO
g/GJ
COT
g/GJ
39,00
7,00
46,90
11,30
78,60
28,40
110,30 45,80
5,60
4,50
11,10
7,40
33,20
18,60
55,30 29,10
Gas nat. tipo B st.
45,30
1,70
46,00
2,30
48,90
4,60
51,90 61,00
Gas nat. tipo C st.
25,00
2,70
24,80
4,90
23,90
13,70
23,00 22,70
Gas nat. tipo C microf.
44,90
3,80
44,90
7,20
45,10 21,10
45,30 35,20
Gasolio
Biodiesel
COT
g/GJ
Valori Classe II
Regime transitorio
Combustibile
1 ciclo/h
2 cicli/h
COT
g/GJ
6 cicli/h
CO
g/GJ
COT
g/GJ
10 cicli/h
CO
g/GJ
COT
g/GJ
CO
g/GJ
CO
g/GJ
COT
g/GJ
Gasolio
1,60
0,14
1,70
0,19
1,90
0,42
2,10
0,62
Biodiesel
1,30
0,08
1,40
0,10
1,90
0,20
2,30
0,30
Gasolio emul.
1,20
0,13
1,30
0,15
1,70
0,22
2,00
0,28
Gas naturale
1,20
0,42
1,50
0,83
2,60
2,44
3,60
4,07
Olio combust.
0,34
0,14
3,60
0,16
4,10
0,26
4,70
0,36
Ol. comb. emul.
6,10
0,42
6,70
0,47
9,00
0,64
11,20
0,84
Ol.comb./biod.
2,50
0,38
2,70
0,44
3,40
0,63
4,20
0,83
Valori Classe III
Regime transitorio
Combustibile
1 ciclo/h
2 cicli/h
COT
g/GJ
6 cicli/h
CO
g/GJ
COT
g/GJ
10 cicli/h
CO
g/GJ
COT
g/GJ
CO
g/GJ
CO
g/GJ
COT
g/GJ
Gasolio
3,30
0,36
3,50
0,41
4,10
0,61
4,70
0,79
Biodiesel
3,10
0,14
4,90
0,22
11,70
0,56
18,60
0,90
Gasolio emul.
6,30
0,50
7,90
0,89
14,10
2,42
20,40
3,98
Gas naturale
1,40
1,78
1,50
3,28
2,00
9,28
2,50 15,26
Ol. combust.
3,20
0,29
3,40
0,35
4,10
0,55
4,80
0,79
Ol. comb, emul.
2,50
0,31
2,80
0,37
4,10
0,66
5,40
0,98
Ol.comb./biod.
3,00
0,31
3,40
0,40
5,10
0,86
6,80
1,34
I combustibili innovativi, quali le
emulsioni gasolio-acqua, olio
combustibile-acqua, biodiesel, miscele
olio combustibile-biodiesel hanno dato in
caldaie di classe II e III emissioni
inquinanti comparabili e in qualche caso
inferiori a quelle del gas naturale sia in
condizioni stazionarie sia in regimi
transitori. Anche l’olio combustibile
emulsionato o in miscela con il
biodiesel ha dato emissioni inquinanti
decisamente inferiori rispetto a quelle
consentite dalle normative regionali.
Il miglioramento della combustione
per il gasolio emulsionato è dovuto
alla cosiddetta atomizzazione
secondaria: le gocce del combustibile
conglobano al loro interno un
numero elevatissimo di microgocce
di acqua, che a causa del flash
termico in camera di combustione
provocano una miriade di
microesplosioni (l’acqua aumenta il
suo volume di ~ 1700 volte)
La sperimentazione eseguita ha permesso di
rilevare :
• lo scarso impatto ambientale del riscaldamento civile
rispetto alle altre forme di inquinamento
• il maggior contributo all’inquinamento atmosferico dei
periodi transitori, specialmente nelle caldaie monofamiliari,
anche se i dati ottenuti sono inferiori a quelli ammessi
dalle normative vigenti
• l’assenza degli idrocarburi policiclici aromatici (IPA),
notoriamente cancerogeni
• non si è riscontrata alcuna differenza tra gas naturale e
gasolio né in regime transitorio né in regime stazionario,
anzi in qualche caso le emissioni sono a sfavore del
gas naturale.
La ricerca ha messo in evidenza che
il gasolio risulta un combustibile di eccellenza
giacchè:
• richiede apparecchiature semplici e quindi di costo
relativamente modesto
• è molto stabile
• essendo molto fluido anche a basse temperature,
non ha bisogno di alcun preriscaldamento
• avendo viscosità molto bassa può essere
misurato in contatori volumetrici e pompato senza
difficoltà
• non presenta problemi particolari di sicurezza
Le recenti tensioni nelle forniture del gas
naturale hanno messo in luce la fragilità del
nostro sistema energetico e la rigidità dei
sistemi di approvvigionamento nazionali:
l’indirizzo verso un unico combustibile per il
riscaldamento civile si dimostra essere un
errore dal punto di vista strategico.
Il gasolio risulta in questo settore una valida
alternativa, vantaggiosa dal punto di vista
tecnico (utilizzazione e sicurezza) ma
fortemente penalizzata per il costo sempre più
proibitivo rispetto al gas naturale.